《过程检测技术及仪表》实验指导书

自动化专业《过程检测技术及仪表》实验指导书周雪莲张建成编西南大学计算机与信息科学学院2006年12月19日目录目录前言………………………………………………………………………第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理1基本要求…………………………………………2安全操作规程……………………………………………………3误差的基本概念……………………………………………………4误差的计算…………………………………………………………5检测结果处理………………………………………………第二章实验指导书实验一热电偶温度变送器实验………………………………………………实验二压力表检定实验………………………………………………实验三扩散硅压力变送器实验………………………………实验四电容式差压变送器实验………………………………实验五数字显示仪表实验……………………………………………实验六压力检测系统实验……………………………………实验七流量检测系统实验…………………………………………前言前言本实验指导书是专为自动化专业的过程检测和控制仪表课程而编写的。自动化是一门实践性很强的学科，实践教学环节对于培养和发展学生的各种能力有着非常重要的作用，尤其对培养学生的动手能力、分析解决实际问题的能力、科学研究能力和创新能力，是不可缺少的重要环节。开好实验课对于全面实施教学大纲和提高教学质量都是必要的。本实验指导书分两部分：基本要求和安全操作规程及误差理论及数据处理、实验指导书。误差理论及数据处理部分主要讲述误差的基本概念、表示方法、计算公式、有效位取舍等内容。实验指导书部分主要包括检测仪表、显示仪表、控制仪表和仪表控制系统的实验。通过实验，了解各种参数检测的方法、所用仪表的性能特征、学会用仪表构成测量系统，并分析系统误差原因等。本实验指导书的教学目标是：拓宽加深学生对理论知识的理解，从而掌握比较全面的专业知识，掌握仪表和自动化系统的专业操作技能，具备一定的分析解决工程实际问题的能力，形成科学的工作作风和良好的人才素质：1)掌握知识、加深理解通过对所学仪表进行校验、调整、拆装等操作，熟悉仪表的结构和各部件的作用，更深刻地理解仪表的工作原理、功能和仪表的整机特性。通过这些实验，可以促使学生把理论与实际结合起来，从而掌握比较全面的、完整的仪表和过程自动化知识；2)掌握技能、提高能力通过实验学会对仪表技术参数的测试手段和调校方法，熟悉常用标准仪器、仪表等设备的性能、作用、工作原理和操作方法。通过各实验，尤其是综合实验的锻炼，使学生逐步具备仪表和自动化专业的操作技能和实验能力，形成初步的解决专业工程问题的能力；3)培养人才、提高素质学生的素质是在每一个实验过程中不断培养和逐步提高的，这些素质包括：实事求是、严肃认真的工作作风；有条有理、勤于思考的行为习惯；分工协作、协调一致的合作精神和遵守纪律、爱护公物前言的优良品质。人才素质的养成，不仅对于顺利地完成学习任务，而且对于将来从事任何一项工作都是十分有益的。第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理1实验的基本要求过程检测技术及仪器仪表实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的、实验内容及实验设备拟定实验线路、选择所需仪表、确定实验步骤、测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。a)实验前的准备实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照仪器仪表使用说明书预习)，并按照实验项目准备记录表等。认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。因此，实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。b)实验步骤1)建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验过程中的接线、调节、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠；2)选择组件和仪表实验前先熟悉该次实验所用的仪器设备，记录被测仪器的名称、量程等；3)实验电路连接根据实验线路图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。4)启动电源，观察仪表启动电源，观察所有仪表是否正常(如电源电压值是否正常等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理正常，即可正式开始实验。5)测取数据预习时对实验结果应心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。6)认真负责，实验有始有终实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的导线、工具及仪器仪表等物品整理好。c)实验报告实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告包括以下内容：1)实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃；2)列出实验中所用组件的名称、量程及编号等；3)列出实验项目,并绘出实验时所用的线路图；4)实时记录的数据和计算处理结果；5)根据计算处理结果，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁；6)每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。2实验安全操作规程为了安全按时完成过程检测技术及仪器仪表实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守如下规定的安全操作规程：1）实验时，接线和拆线都必须在切断电源的情况下进行；2）熟悉实验中所用的校验仪器、仪表和实验装置的功能和使用方法；3）学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师的检查和允许，并提醒组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生异常情况和故障，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验；第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理4）仪表实验线路接好后应先检查功率表和电流表的量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。5）爱护国家财产和实验设备，任何人不得随意在实验台和实验装置上乱填写记号；6）实验室须保持安静和清洁，不得大声喧哗、抽烟、随地吐痰、乱仍纸屑。3误差的基本概念1）基本误差指仪表在规定的工作条件下所产生的误差，一般用相对百分误差表示；2）回差对于一个输入的给定行程，通过输出值对先前的行程经历和当时的移动方向的相关性所表征的一种元件特性；3）死区指仪表输入在小到一定范围后，不足以引起输出（或指示）的任何变化，这一范围称为死区；或：不致引起输出产生可察觉变化而能达到的最大输入变化；4）非线性误差（端基一致性）衡量线性仪表输出特性偏离线性的程度；表示：规定曲线与实际特性曲线在上、下限值上重合时，实际特性曲线（上行程和下行程读数的平均值）与规定曲线的最大偏差；5）量程范围上限值与范围下限值间的代数差。4误差的计算量程=范围上限值-范围下限值实测值yi–真值li相对百分误差δi=———————————×100%量程式中：δi————第i试验点的相对百分误差；Yi————第i试验点的实测值；li————第i试验点的真值。第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理——回差Δi=|δi上-δi下|式中：Δi————第i试验点的回差；—δi上————第i试验点的上行程的相对百分误差的算术平均值;—δi下————第i试验点的下行程的相对百分误差的算术平均值.—非线性误差i=实际误差曲线值δi–规定误差曲线值i式中：非线性误差i————第i试验点的非线性误差;—δi————第i试验点上、下行程相对百分误差的算术平均值;规定误差曲线值i————第i试验点规定误差曲线值.|xi上–xi下|死区i==———————×100%输入量程式中：死区i————第i试验点死区;xi上————第i试验点上行程输入值;xi下————第i试验点下行程输入值.指示值li–理论指示值Li指示误差i==——————————————×100%指示值li式中：指示误差i————第i试验点指示误差;指示值li————第i试验点实测指示值;理论指示值Li————第i试验点理论指示值.5检测结果处理a)有效位1)实验记录中数据有效数的选择该有效位数的选择是最终结果有效位数确定的基础，当实验内容中有明确规定时，一般实验记录按小数部分位数与实验内容中标明的数值的小数第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理部分位数多一位记录。如：实验内容中规定误差为量程的0.2%，而量程为4V，则0.2%×4V=0.008V，则原始数据应保留小数点后4位。当实验内容中没有明确规定时，一般按设备的最小分度来读数。读数时，小数末尾零不能随意舍弃；2)计算过程中有效位的选择，按如下规则进行：加减以小数部分位数最少的一数为准，其余各数均修约到比该数多一位，然后运算；乘除以有效位数最少的一数为准，其余各数均修约到比该数多一位(而与小数点位置无关)，然后运算；乘方或开方原有几位有效为数，计算结果仍保留几位，若还参加运算，则应多保留一位；常数加π、е可根据需要确定有效位数。3)最终检验结果数据有效位数的确定除非实验内容上没有明确规定，其余均要比规定的有效位数多一位。b)数据修约规则在数据处理的各个环节中，当有效位数确定以后，应对有效位数之后的数字进行修约处理。进舍规则为：1)拟舍弃数字的最左一位数字小于5时，则舍去，即保留的各位数字不变；2)拟舍弃数字的最左一位数字大于5或者是5，而其后跟有并非全部为0的数字时，则进一，即保留的末尾数字加1；3)拟舍弃数字的最左一位数字是5，而右面无数字或皆为0时，若保留的末尾数字为奇数则进一，为偶数则舍弃。如：12.1498修约到一位小数，得12.1;12.1498修约成两位有效为数，得12；1268修约到百位，得13×102；1268修约成三位有效为数，得127×10；第一章基本要求和安全操作规程及误差理论与数据处理10.502修约到个位，得11；10.500修约到个位，得10；11.500修约到个位，得12；c)检测结果处理1)将各试验点测得的相对百分误差中最大正误差和最大负误差作为被测仪表的基本误差列入报告；2)将各试验点测得的回差中最大值作为被测仪表的回差列入报告；3)将各试验点测得的非线性误差中最大值作为被测仪表的非线性误差列入报告；4)在影响量实验中，将各实验点测得的最大变化量作为影响量的影响列入报告。当实验内容中有明确的指标要求时，应根据实测值给予结论，即合格或不合格；当实验内容中没有明确的指标要求时，不下结论。第二章实验指导书第二章实验指导书实验一热电偶（温度检测单元）实验1实验原理及目的a)掌握温度变送器工作原理，了解热电偶温度变送器的外型、结构、组成，加深对变送器信号转；b)熟悉温度变送器的输入、输出特性；c)熟悉温度变送器的实验配置、连接及实验仪器的使用等；d)掌握温度变送器检测方法；e)掌握检测数据的处理。2实验内容a)变送器零点、量程调整；b)热电偶基本性能检测：包括基本误差、非线性误差；c)数显表的使用。3实验设备被测仪表：热电偶温度变送器实验仪器：精密电阻箱、万用表、数显表等4实验准备a)阅读被测仪表说明书，结合实物，了解结构、组成，了解技术参数（包括供电电源、使用环境、量程范围、测量范围、输出信号、精度等级等），使用方法和注意事项等；b)阅读实验仪器说明书，了解其使用和注意事项；c)按下图进行测试系统的连接.第二章实验指导书5实验方法一般往返调试两遍，就能使温度变送器精度满足要求。a)基本性能测试在测试正式开始之前应使被测温度变送器和试验设备在所允许的规定条件下使其稳定，对所有可能影响试验的条件随时进行观察，并作相应记录。测试点应包括上、下限值在内的至少五个点，如0％、25％、50